CN112558019A - 一种基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达收发隔离系统 - Google Patents

一种基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达收发隔离系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达收发隔离系统。该系统采用伪码调制线性调频连续波的方式，首先Direct Digital Synthesizer(简称DDS)产生线性调频连续波，经上变频得到线性调频连续波射频信号；然后信号处理器产生伪码发射控制信号，控制发射通道的发射开关，由天线向外辐射线性调频准连续波射频信号。回波信号经天线接收后，由信号处理器产生伪码接收控制信号，控制接收通道的接收开关，经过下变频处理得到中频信号，经信号处理器处理得到测量信息。这样既解决了连续波雷达的收发隔离差问题，又能继续保留连续波雷达相比于脉冲雷达的优点。

Description

一种基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达收发隔离系统
技术领域
本发明涉及一种基于伪码调制的测量雷达的收发隔离技术领域，特别是一种基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达收发隔离系统。
背景技术
连续波雷达相比于脉冲雷达有许多优点，容易在小的峰值功率条件下获得最大的信号能力，易获得大时宽带宽积，因而可获得距离高分辨率和速度高分辨率，没有速度模糊，也没有距离盲区；连续波雷达具有体积小，重量轻的优点，更重要属于低截获概率雷达。但是连续波雷达相比于脉冲雷达有一个缺点，由于接收、发射天线相距很近，发射信号对接收通道的“泄漏”比较严重，严重影响作用距离和测量功能。地外天体着陆测量雷达有低功耗、小体积、重量轻和高精度测量的需求，需要综合连续波雷达和脉冲雷达各自的优点进行设计。
发明内容
本申请提供一种基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达收发隔离系统，其能够如脉冲雷达一般解决连续波雷达收发隔离差的问题，又能继续保留连续波雷达相比于脉冲雷达的优点。
一种基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达收发隔离系统，包括：信号处理器、DDS、上变频、发射开关、天线、接收开关、下变频和环行器，其中：
所述信号处理器分别与发射开关、接收开关和下变频连接，信号处理器产生的发射开关信号控制发射开关；信号处理器产生的接收开关信号控制接收开关；下变频得到的中频信号经由信号处理器解算得到测量信息；
所述DDS与上变频连接，DDS产生的线性调频连续波经由上变频得到线性调频连续波射频信号；
所述上变频与发射开关连接，上变频产生的线性调频连续波射频信号经由发射开关得到线性调频准连续波射频信号；
所述环行器分别与发射开关、接收开关连接，经过发射开关的线性调频准连续波射频信号经过环行器输出至天线；天线接收的回波信号经过环行器输出至接收开关；
所述接收开关与下变频连接，接收开关得到的回波信号经由下变频得到中频信号。
所述信号处理机产生的发射开关信号和接收开关信号为占空比约50％的伪码信号。
进一步地，DDS产生的线性调频连续波信号Sdds(t)公式如下：
Figure BDA0002833622210000021
其中：t为时间，fdds为DDS产生的线性调频信号的中心频率，NTM为第N个调频周期；
Figure BDA0002833622210000022
为调频斜率，B为线性调频信号带宽，TM为调频周期。
进一步地，上变频得到的线性调频连续波射频信号St(t)公式如下：
Figure BDA0002833622210000023
其中：t为时间，ft为射频频率，LPF(·)为低通滤波器。
进一步地，信号处理器产生的发射开关控制信号PNt(t)为m序列，根据需求选取不同阶数的本原多项式，发射开关控制信号的码元宽度为τ，则m序列本原多项式的阶数r如下：
r＝ceil(log2(TM/τ))
式(3)；
其中，ceil(·)为向上取整。
m序列是一种伪随机序列，又称为伪码，在周期N＝2r-1内，元素0出现(N-1)/2，元素1出现(N+1)/2，占空比为η＝(N+1)/(2N)≈50％；如果m序列不截断，那么TM＝Nτ；如果m序列根据需求需要截断，截断后的信号周期为Njd，Njd≤N，那么TM＝Njdτ。
进一步地，线性调频连续波射频信号St(t)经过发射开关后，得到线性调频准连续波射频信号Stpn(t)，公式如下：
Figure BDA0002833622210000031
线性调频准连续波射频信号Stpn(t)经由环行器和天线向外辐射。
进一步地，信号处理器产生接收开关控制信号PNr(t)，公式如下：
PNr(t)＝1-PNt(t)
式(5)；
进一步地，经过天线接收得到并通过环行器输出的回波信号Sr(t)，公式如下：
Figure BDA0002833622210000032
其中，Ar为回波信号的信号幅度，td为回波信号的延迟时间，
Figure BDA0002833622210000035
为回波信号的相位。
进一步地，回波信号Sr(t)经过接收开关输出的接收信号Srpn(t)，公式如下：
Figure BDA0002833622210000033
进一步地，接收信号Srpn(t)经过下变频得到中频信号Szp(t)，公式如下：
Figure BDA0002833622210000034
其中，PN(t)＝PNr(t)×PNt(t-td)，f0为中频信号的频率，
Figure BDA0002833622210000041
为下变频产生的相位。
进一步地，信号处理器接收中频信号，经过正交下变频、FFT的信号处理算法解算得到测量信息。
本发明中，综合了连续波雷达和脉冲雷达的各自优点，发射信号和接收信号如脉冲雷达一般通过伪码进行了时分隔离，完美解决了连续波雷达收发隔离差的问题；但由于伪码的随机特性和准连续波的特性，也不存在脉冲雷达的测距有盲区、测速有模糊等缺点。
附图说明
在以下参照附图对本发明的非限制性实施例所做的详细描述中，本发明的其他特性和优点将会变得更明显，其中：
图1示出根据本发明实施例的基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达的收发隔离系统组成示意图。
1.信号处理器 2.DDS 3.上变频 4.发射开关 5.天线 6.接收开关 7.下变频 8.环行器
具体实例方式
下面结合附图和实施例对本申请做进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明实施例，而非对本发明的限制。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出与实施例密切相关的部分。实施例能够以多种形式实施，而不应该理解为限于在此说明的形式。提供这些实施例是为了使得本申请公开的内容更全面和完整，并将本发明的构思全面地传达给本领域技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或相似的部分。
此外，所描述的特征、结构或特性可以通过任何合适的方式结合在一个或多个实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其他替代方式。可以理解，附图中所示的框图不一定必须与物理上独立的实体相对应。
针对地外天体着陆测量雷达的收发隔离差又要保证测距无盲区、测速无模糊的问题，本发明人提出一种技术构思，综合了连续波雷达和脉冲雷达的各自优点，对地外天体着陆测量雷达的发射信号和接收信号通过伪码进行了时分隔离。
如图1所示，根据本发明的基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达的收发隔离系统包括以下步骤：
信号处理器1、DDS2、上变频3、发射开关4、天线5、接收开关6、下变频7和环行器8，其中：
所述信号处理器1分别与发射开关4、接收开关6和下变频7连接，信号处理器1产生的发射开关信号控制发射开关4；信号处理器1产生的接收开关信号控制接收开关6；下变频7得到的中频信号经由信号处理器1解算得到测量信息；
所述DDS2与上变频3连接，DDS2产生的线性调频连续波经由上变频3得到线性调频连续波射频信号；
所述上变频3与发射开关4连接，上变频3产生的线性调频连续波射频信号经由发射开关4得到线性调频准连续波射频信号；
所述环行器8分别与发射开关4、接收开关6连接，经过发射开关4的线性调频准连续波射频信号经过环行器8输出至天线5；天线5接收的回波信号经过环行器8输出至接收开关6；
所述接收开关6与下变频7连接，接收开关6得到的回波信号经由下变频7得到中频信号。
所述信号处理机1产生的发射开关信号和接收开关信号为占空比约50％的伪码信号。
下面对本发明优选实施例的各步骤的执行系统做出详细说明：
在一个实施例中，DDS2产生的线性调频连续波信号Sdds(t)公式如下：
Figure BDA0002833622210000051
其中：t为时间，fdds为DDS产生的线性调频信号的中心频率，NTM为第N个调频周期；
Figure BDA0002833622210000052
为调频斜率，B为线性调频信号带宽，TM为调频周期。
在一个实施例中，上变频3得到的线性调频连续波射频信号St(t)公式如下：
Figure BDA0002833622210000053
其中：t为时间，ft为射频频率，LPF(·)为低通滤波器。
在一个实施例中，信号处理器1产生的发射开关控制信号PNt(t)为m序列，根据需求选取不同阶数的本原多项式，发射开关控制信号的码元宽度为τ，则m序列本原多项式的阶数r如下：
r＝ceil(log2(TM/τ))
式(3)；
其中，ceil(·)为向上取整。
例如，其中一个15阶本源多项式如下：
f(x)＝x15+x+1
式(4)；
m序列是一种伪随机序列，又称为伪码，在周期N＝2r-1内，元素0出现(N-1)/2，元素1出现(N+1)/2，占空比为η＝(N+1)/(2N)≈50％；如果m序列不截断，那么TM＝Nτ；如果m序列根据需求需要截断，截断后的信号周期为Njd，Njd≤N，那么TM＝Njdτ。
在一个实施例中，线性调频连续波射频信号St(t)经过发射开关4后，得到线性调频准连续波射频信号Stpn(t)，公式如下：
Figure BDA0002833622210000061
线性调频准连续波射频信号Stpn(t)经由环行器8和天线5向外辐射。
在一个实施例中，信号处理器1产生接收开关控制信号PNr(t)，公式如下：
PNr(t)＝1-PNt(t)
式(6)；
在一个实施例中，经过天线5接收得到并通过环行器8输出的回波信号Sr(t)，公式如下：
Figure BDA0002833622210000071
其中，Ar为回波信号的信号幅度，td为回波信号的延迟时间，
Figure BDA0002833622210000074
为回波信号的相位。
在一个实施例中，回波信号Sr(t)经过接收开关6输出的接收信号Srpn(t)，公式如下：
Figure BDA0002833622210000072
在一个实施例中，接收信号Srpn(t)经过下变频7得到中频信号Szp(t)，公式如下：
Figure BDA0002833622210000073
其中，PN(t)＝PNr(t)×PNt(t-td)，f0为中频信号的频率，
Figure BDA0002833622210000075
为下变频产生的相位。
在一个实施例中，信号处理器1接收中频信号，经过正交下变频、FFT的信号处理算法解算得到测量信息。
综上，根据本发明实施例的技术方案综合了连续波雷达和脉冲雷达的各自优点，发射信号和接收信号如脉冲雷达一般通过伪码进行了时分隔离，完美解决了连续波雷达收发隔离差的问题；但由于伪码的随机特性和准连续波的特性，也不存在脉冲雷达的测距有盲区、测速有模糊等缺点。
以上描述了本发明的技术构思及根据本发明技术构思的实施例。本领域技术人员在阅读说明书及实践这里给出的实施例后，将容易想到本发明的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化。这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未说明的本领域中的公知常识或者惯用技术手段。说明书和实施例仅为示例性的，本发明的保护范围由权利要求限定。应当理解，本发明并不局限于上面已经描述及在附图中示出的内容，本领域技术人员可以在不脱离本申请公开的范围内进行各种修改和变型。

Claims (10)

1.一种基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达收发隔离系统，其特征在于，包括：信号处理器(1)、DDS(2)、上变频(3)、发射开关(4)、天线(5)、接收开关(6)、下变频(7)和环行器(8)，其中：
所述信号处理器(1)分别与发射开关(4)、接收开关(6)和下变频(7)连接，信号处理器(1)产生的发射开关信号控制发射开关(4)；信号处理器(1)产生的接收开关信号控制接收开关(6)；下变频(7)得到的中频信号经由信号处理器(1)解算得到测量信息；
所述DDS(2)与上变频(3)连接，DDS(2)产生的线性调频连续波经由上变频(3)得到线性调频连续波射频信号；
所述上变频(3)与发射开关(4)连接，上变频(3)产生的线性调频连续波射频信号经由发射开关(4)得到线性调频准连续波射频信号；
所述环行器(8)分别与发射开关(4)、接收开关(6)连接，经过发射开关(4)的线性调频准连续波射频信号经过环行器(8)输出至天线(5)；天线(5)接收的回波信号经过环行器(8)输出至接收开关(6)；
所述接收开关(6)与下变频(7)连接，接收开关(6)得到的回波信号经由下变频(7)得到中频信号；
所述信号处理机(1)产生的发射开关信号和接收开关信号为占空比约50％的伪码信号。
2.如权利要求1所述的基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达的收发隔离系统，其特征在于，DDS(2)产生的线性调频连续波信号Sdds(t)公式如下：
Figure FDA0002833622200000011
其中：t为时间，fdds为DDS产生的线性调频信号的中心频率，NTM为第N个调频周期；
Figure FDA0002833622200000012
为调频斜率，B为线性调频信号带宽，TM为调频周期。
3.如权利要求2所述的基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达的收发隔离系统，其特征在于，上变频(3)得到的线性调频连续波射频信号St(t)公式如下：
Figure FDA0002833622200000021
其中：t为时间，ft为射频频率，LPF(·)为低通滤波器。
4.如权利要求3所述的基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达的收发隔离系统，其特征在于，信号处理器(1)产生的发射开关控制信号PNt(t)为m序列，根据需求选取不同阶数的本原多项式，发射开关控制信号的码元宽度为τ，则m序列本原多项式的阶数r如下：
r＝ceil(log2(TM/τ))
式(3)；
其中，ceil(·)为向上取整；
m序列是一种伪随机序列，又称为伪码，在周期N＝2r-1内，元素0出现(N-1)/2，元素1出现(N+1)/2，占空比为η＝(N+1)/(2N)≈50％；如果m序列不截断，那么TM＝Nτ；如果m序列根据需求需要截断，截断后的信号周期为Njd，Njd≤N，那么TM＝Njdτ。
5.如权利要求4所述的基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达的收发隔离系统，其特征在于，线性调频连续波射频信号St(t)经过发射开关(4)后，得到线性调频准连续波射频信号Stpn(t)，公式如下：
Figure FDA0002833622200000022
线性调频准连续波射频信号Stpn(t)经由环行器(8)和天线(5)向外辐射。
6.如权利要求5所述的基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达的收发隔离系统，其特征在于，信号处理器(1)产生接收开关控制信号PNr(t)，公式如下：
PNr(t)＝1-PNt(t)
式(5)。
7.如权利要求6所述的基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达的收发隔离系统，其特征在于，经过天线(5)接收得到并通过环行器(8)输出的回波信号Sr(t)，公式如下：
Figure FDA0002833622200000031
其中，Ar为回波信号的信号幅度，td为回波信号的延迟时间，
Figure FDA0002833622200000034
为回波信号的相位。
8.如权利要求7所述的基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达的收发隔离系统，其特征在于，回波信号Sr(t)经过接收开关(6)输出的接收信号Srpn(t)，公式如下：
Figure FDA0002833622200000032
9.如权利要求8所述的基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达的收发隔离系统，其特征在于，接收信号Srpn(t)经过下变频(7)得到中频信号Szp(t)，公式如下：
Figure FDA0002833622200000033
其中，PN(t)＝PNr(t)×PNt(t-td)，f0为中频信号的频率，
Figure FDA0002833622200000035
为下变频产生的相位。
10.如权利要求9所述的基于伪码调制的地外天体着陆测量雷达的收发隔离系统，其特征在于，信号处理器(1)接收中频信号，经过正交下变频、FFT的信号处理算法解算得到测量信息。
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